JP2002134502A - Silicon-polymer dielectric film on semiconductor substrate and method for forming the film - Google Patents
Silicon-polymer dielectric film on semiconductor substrate and method for forming the filmInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、概して半導体技術
に関し、特に半導体基板上のシリコン重合体絶縁膜及び
プラズマCVD(化学気相成長)装置を使って膜を形成す
るための方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to semiconductor technology, and more particularly to a silicon polymer insulating film on a semiconductor substrate and a method for forming the film using a plasma CVD (chemical vapor deposition) apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年の
半導体装置の高集積化への要求の高まりから、多層配線
技術が非常に注目されている。しかし、これらの多層配
線構造において、個々の配線間の容量が高速動作を妨げ
ている。この配線間容量を減少させるために、絶縁膜の
比誘電率を下げる必要がある。そこで、比較的低い比誘
電率を有するさまざまな材料が絶縁膜として開発されて
きた。2. Description of the Related Art In recent years, with the increasing demand for higher integration of semiconductor devices, multi-layer wiring technology has attracted much attention. However, in these multilayer wiring structures, the capacitance between individual wirings hinders high-speed operation. In order to reduce the capacitance between wirings, it is necessary to lower the relative dielectric constant of the insulating film. Therefore, various materials having a relatively low relative permittivity have been developed as insulating films.
【0003】従来のシリコン酸化膜SiOxはSiH4若しくは
Si(OC2H5)4のようなシリコン材料ガスに酸化剤として酸
素O2若しくは酸化窒素N2Oを添加し、熱若しくはプラズ
マエネルギーによって処理することにより製造される。
その比誘電率は約4.0である。A conventional silicon oxide film SiO x is made of SiH 4 or
It is manufactured by adding oxygen O 2 or nitrogen oxide N 2 O as an oxidizing agent to a silicon material gas such as Si (OC 2 H 5 ) 4 and treating it with heat or plasma energy.
Its relative permittivity is about 4.0.
【0004】択一的に、材料ガスとしてCxFyHzを用いて
プラズマCVD法によりフッ素化アモルファスカーボン膜
が製造された。その比誘電率εは2.0〜2.4ほどである。Alternatively, a fluorinated amorphous carbon film was produced by a plasma CVD method using C x F y H z as a material gas. The relative permittivity ε is about 2.0 to 2.4.
【0005】安定性の高いSi-O結合を利用して、絶縁膜
の比誘電率を低下させる他の方法が為された。プラズマ
CVD法によって低圧(1Torr)のもとで材料ガスからシ
リコン系有機膜が製造される。材料ガスはP-TMOS(フェ
ニルトリメトキシシラン、化学式1)から成り、それは
ベンゼンとシリコンの化合物であり、バブリング法によ
って気化される。この膜の比誘電率εは3.1ほどであ
る。[0005] Other methods for lowering the relative dielectric constant of an insulating film by using a highly stable Si-O bond have been made. plasma
A silicon-based organic film is manufactured from a material gas under a low pressure (1 Torr) by a CVD method. The source gas consists of P-TMOS (phenyltrimethoxysilane, chemical formula 1), which is a compound of benzene and silicon, which is vaporized by a bubbling method. The relative dielectric constant ε of this film is about 3.1.
【0006】[0006]
【化2】 さらに他の方法は膜内に作られる多孔質構造を使用す
る。絶縁膜はスピンコート法によって無機SOG材料から
製造される。膜の比誘電率εは2.3ほどである。Embedded image Still other methods use a porous structure created in the membrane. The insulating film is manufactured from an inorganic SOG material by a spin coating method. The relative dielectric constant ε of the film is about 2.3.
【0007】しかし、上記アプローチは以下に説明する
ようなさまざまな欠点を有する。[0007] However, the above approach has various disadvantages as described below.
【0008】まず、フッ素化アモルファスカーボン膜は
耐熱性が低く(370℃)、シリコン系材料との密着性が
悪く、機械的強度も低い。耐熱性が低いと400℃を超え
る高温のもとで破損する危険性がある。密着性が悪いと
膜が簡単に剥がれてしまう。さらに、機械的強度が低い
と配線材料が破損する危険性がある。First, the fluorinated amorphous carbon film has low heat resistance (370 ° C.), poor adhesion to silicon-based materials, and low mechanical strength. If the heat resistance is low, there is a risk of breakage at high temperatures exceeding 400 ° C. If the adhesion is poor, the film is easily peeled off. Furthermore, if the mechanical strength is low, there is a risk that the wiring material may be damaged.
【0009】P-TMOS分子は3つのO-CH3結合を有するた
め、P-TMOS分子を使って重合されたオリゴマーは気相中
でシロキサン構造のような線状構造を形成しない。線状
構造を有しないオリゴマーはシリコン基板上に多孔質構
造を形成することができず、蒸着膜の密度は減少されな
い。その結果膜の比誘電率は所望の値まで減少され得な
い。Since the P-TMOS molecule has three O-CH 3 bonds, an oligomer polymerized using the P-TMOS molecule does not form a linear structure such as a siloxane structure in the gas phase. The oligomer having no linear structure cannot form a porous structure on the silicon substrate, and the density of the deposited film is not reduced. As a result, the dielectric constant of the film cannot be reduced to the desired value.
【0010】ここで、バブリング方式とは、アルゴンガ
スのようなキャリアガスを材料内に通過させることによ
って得られる液体材料の蒸気がキャリアガスとともに反
応チャンバ内に導入されるところの方法を意味する。一
般に、この方法は材料ガスを流させるために大量のキャ
リアガスを必要とする。結果として、材料ガスは気相中
で重合反応が生じるのに十分な時間の間反応チャンバ内
に留まることができない。Here, the bubbling method means a method in which vapor of a liquid material obtained by passing a carrier gas such as argon gas through the material is introduced into the reaction chamber together with the carrier gas. Generally, this method requires a large amount of carrier gas to flow the source gas. As a result, the source gas cannot remain in the reaction chamber for a time sufficient for the polymerization reaction to take place in the gas phase.
【0011】さらに、スピンコート法によるSOG絶縁膜
は材料がシリコン基板上に均一に塗布されないといった
問題及び被覆処理の後のキュア装置が高価であるという
他の問題を有する。Further, the SOG insulating film formed by the spin coating method has a problem that the material is not uniformly coated on the silicon substrate and another problem that the curing device after the coating process is expensive.
【0012】したがって、本発明の主要な目的は改良さ
れた絶縁膜及びそれを形成するための方法を与えること
である。Accordingly, a primary object of the present invention is to provide an improved insulating film and a method for forming the same.
【0013】本発明の他の目的は、低い比誘電率、高い
耐熱性、高い耐吸湿性及び高い密着性を有する絶縁膜及
びそれを形成する方法を与えることである。Another object of the present invention is to provide an insulating film having low relative dielectric constant, high heat resistance, high moisture absorption resistance and high adhesion, and a method for forming the same.
【0014】本発明のさらに他の目的は、低い比誘電
率、高い耐熱性、高い耐吸湿性及び高い密着性を有する
絶縁膜を形成するための材料を与えることである。Still another object of the present invention is to provide a material for forming an insulating film having low relative dielectric constant, high heat resistance, high moisture absorption resistance and high adhesion.
【0015】本発明のさらに他の目的は、高価な装置を
必要とせずに低い比誘電率を有する絶縁膜を簡単に形成
するための方法を与えることである。Still another object of the present invention is to provide a method for easily forming an insulating film having a low relative dielectric constant without requiring an expensive device.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明のひとつの見地は
反応チャンバを含むプラズマCVD装置を使って半導体基
板上に絶縁膜を形成するための方法を含み、該方法は、
一般式SiαOβCxHy(α=3、β=3若しくは4、x及びyは
整数)で表されるシリコン系炭化水素化合物を気化さ
せ、その後プラズマCVD装置の反応チャンバへそれを導
入する工程と、流量の実質的に減少した添加ガスを反応
チャンバ内に導入する工程と、材料ガスとしての気化さ
れたシリコン系炭化水素化合物及び添加ガスから成る混
合ガスが反応ガスとして使用されるところのプラズマ重
合反応によって半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と
から成る。添加ガス流量の減少は反応ガスの総流量の実
質的減少を生じさせるという注目すべき特徴を有する。
本発明にしたがって、比誘電率が低い連続多孔質構造を
有するシリコン重合体膜が製造される。One aspect of the present invention includes a method for forming an insulating film on a semiconductor substrate using a plasma CVD apparatus including a reaction chamber, the method comprising:
A silicon-based hydrocarbon compound represented by the general formula Si α O β C x H y (α = 3, β = 3 or 4, where x and y are integers) is vaporized and then transferred to a reaction chamber of a plasma CVD apparatus. Introducing an additional gas having a substantially reduced flow rate into the reaction chamber, and using a mixed gas composed of a vaporized silicon-based hydrocarbon compound as the material gas and the additional gas as the reaction gas. A step of forming an insulating film on the semiconductor substrate by a plasma polymerization reaction. A remarkable feature is that a reduction in the flow rate of the additive gas causes a substantial reduction in the total flow rate of the reaction gas.
According to the present invention, a silicon polymer film having a continuous porous structure having a low relative dielectric constant is produced.
【0017】本発明はまた半導体基板上に形成される絶
縁膜及び上記特徴を備えた絶縁膜を形成するための材料
に引きつけられる。The present invention is also drawn to an insulating film formed on a semiconductor substrate and a material for forming an insulating film having the above characteristics.
【0018】発明及び従来技術に対する利点を要約する
目的で、発明のある目的及び利点が上述されてきた。も
ちろん、必ずしもそのような目的若しくは利点のすべて
が発明のあらゆる特定の実施例にしたがって達成されな
いことは理解されるべきである。したがって、例えば、
当業者はここで教示され若しくは提案されるような他の
目的若しくは利点を必ずしも達成することなくここで教
示されるようなひとつの利点も複数の利点を達成し若し
くは最適化するように、発明が実施され若しくは実行さ
れることを認識するであろう。For purposes of summarizing the invention and the advantages achieved over the related art, certain objects and advantages of the invention have been described above. Of course, it should be understood that not all such objects or advantages may be achieved in accordance with any particular embodiment of the invention. So, for example,
Those skilled in the art will recognize that the invention may achieve or optimize one or more advantages as taught herein without necessarily achieving other objects or advantages as taught or proposed herein. It will be appreciated that it is implemented or performed.
【0019】本発明のさらなる見地、特徴及び利点は以
下の好適実施例の詳細な説明から明らかになるであろ
う。Further aspects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments.
【0020】本発明において、以下の化学式を有する化
合物が好適である。In the present invention, a compound having the following chemical formula is preferred.
【0021】[0021]
【化3】 ここでn及びmはあらゆる整数であり、R1からR7は炭化水
素である(好適には、n及びmは独立に1から3の整数であ
り、より好適には1であり、各炭化水素は1から6個の炭
素原子を有し、より好適には1個の炭素原子を有す
る)。Embedded image Wherein n and m are any integers and R1 to R7 are hydrocarbons (preferably, n and m are independently integers from 1 to 3, more preferably 1 and each hydrocarbon is Having from 1 to 6 carbon atoms, more preferably having 1 carbon atom).
【0022】これら及び他の本発明の特徴は好適実施例
の図面を参照して説明されるが、それは図示するのが目
的であって発明を限定するものではない。These and other features of the present invention will be described with reference to the drawings of a preferred embodiment, which is for purposes of illustration and not limitation.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】基本的見地 本発明において、一般式SiαOβCxHy(α、β、x及びy
は整数)で表現されるシリコン系炭化水素化合物は好適
には少なくとも1つのSi-O結合、2つ若しくはそれ以下
のO-CnH2n+1結合及びシリコン(Si)に結合された少なく
とも2つの炭化水素基を有する化合物である。より特定
的には、シリコン系炭化水素化合物は以下の化学式(2)
で表現される化合物の少なくともひとつの種を含む。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Basic Aspects In the present invention, the general formula Si α O β C x H y (α, β, x and y
Is preferably an integer of at least one Si—O bond, two or less OC n H 2n + 1 bonds, and at least two carbon atoms bonded to silicon (Si). It is a compound having a hydrogen group. More specifically, the silicon-based hydrocarbon compound has the following chemical formula (2)
At least one species of the compound represented by
【0024】[0024]
【化4】 ここでR1及びR2はCH3,C2H3,C2H5,C3H7及びC6H5のひとつ
であり、m及びnはあらゆる整数である。Embedded image Here, R1 and R2 are one of CH 3 , C 2 H 3 , C 2 H 5 , C 3 H 7 and C 6 H 5 , and m and n are all integers.
【0025】上記種を除き、シリコン系炭化水素化合物
は以下の化学式(3)で表現される化合物の少なくともひ
とつの種を含む。Except for the above-mentioned species, the silicon-based hydrocarbon compound includes at least one species of a compound represented by the following chemical formula (3).
【0026】[0026]
【化5】 ここでR1、R2及びR3はCH3,C2H3,C2H5,C3H7及びC6H5のひ
とつであり、nはあらゆる整数である。Embedded image Here, R1, R2 and R3 are one of CH 3 , C 2 H 3 , C 2 H 5 , C 3 H 7 and C 6 H 5 and n is any integer.
【0027】上記種を除き、シリコン系炭化水素化合物
は以下の化学式(4)で表現される化合物の少なくとも1
つの種を含む。Except for the above species, the silicon-based hydrocarbon compound is at least one of the compounds represented by the following chemical formula (4).
Including one species.
【0028】[0028]
【化6】 ここでR1、R2、R3及びR4はCH3,C2H3,C2H5,C3H7及びC6H5
のひとつであり、m及びnはあらゆる整数である。Embedded image Here R1, R2, R3 and R4 are CH 3, C 2 H 3, C 2 H 5, C 3 H 7 and C 6 H 5
Where m and n are any integer.
【0029】さらに、上記種を除き、シリコン系炭化水
素化合物は以下の化学式(5)で表現される化合物の少な
くとも1つの種を含む。Further, except for the above-mentioned species, the silicon-based hydrocarbon compound contains at least one species of a compound represented by the following chemical formula (5).
【0030】[0030]
【化7】 ここでR1、R2、R3、R4、R5及びR6はCH3,C2H3,C2H5,C3H7
及びC6H5のひとつであり、添加ガスはアルゴン(Ar)、ヘ
リウム(He)、及び酸化窒素(N2O)若しくは酸素(O2)であ
る。Embedded image Here R1, R2, R3, R4, R5 and R6 are CH 3, C 2 H 3, C 2 H 5, C 3 H 7
And C 6 H 5 , and the additive gas is argon (Ar), helium (He), and nitrogen oxide (N 2 O) or oxygen (O 2 ).
【0031】さらに、上記種を除き、シリコン系炭化水
素化合物は以下の化学式(6)で表現される化合物の少な
くとも1つの種を含む。Further, except for the above-mentioned species, the silicon-based hydrocarbon compound includes at least one species of a compound represented by the following chemical formula (6).
【0032】[0032]
【化8】 ここでR1、R2、R3及びR4はCH3,C2H3,C2H5,C3H7及びC6H5
のひとつであり、添加ガスはアルゴン(Ar)、ヘリウム(H
e)、及び酸化窒素(N2O)若しくは酸素(O2)である。Embedded image Here R1, R2, R3 and R4 are CH 3, C 2 H 3, C 2 H 5, C 3 H 7 and C 6 H 5
The additional gas is argon (Ar), helium (H
e) and nitric oxide (N 2 O) or oxygen (O 2 ).
【0033】さらにまた、材料ガスは上記シリコン系炭
化水素化合物の少なくともひとつを含む。Further, the material gas contains at least one of the above-mentioned silicon-based hydrocarbon compounds.
【0034】本発明の他の見地にしたがって、絶縁膜は
基板上に形成され及び該膜は化学式2で表現されるシリ
コン系炭化水素化合物を含む材料ガスを使ってプラズマ
CVD装置内でプラズマエネルギーによって重合される。According to another aspect of the present invention, an insulating film is formed on a substrate, and the insulating film is formed by plasma using a material gas containing a silicon-based hydrocarbon compound represented by Formula 2.
It is polymerized by plasma energy in CVD equipment.
【0035】付加的に、絶縁膜は基板上に形成され及び
該膜は化学式3で表現されるシリコン系炭化水素化合物
を含む材料ガスを使ってプラズマCVD装置内でプラズマ
エネルギーによって重合される。In addition, an insulating film is formed on the substrate, and the film is polymerized by plasma energy in a plasma CVD apparatus using a material gas containing a silicon-based hydrocarbon compound represented by Formula 3.
【0036】また、絶縁膜は基板上に形成され及び該膜
は化学式4で表現されるシリコン系炭化水素化合物を含
む材料ガスを使ってプラズマCVD装置内でプラズマエネ
ルギーによって重合される。An insulating film is formed on a substrate, and the film is polymerized by plasma energy in a plasma CVD apparatus using a material gas containing a silicon-based hydrocarbon compound represented by Chemical Formula 4.
【0037】さらに、絶縁膜は基板上に形成され及び該
膜は化学式5で表現されるシリコン系炭化水素化合物を
含む材料ガスを使ってプラズマCVD装置内でプラズマエ
ネルギーによって重合される。Further, an insulating film is formed on the substrate, and the film is polymerized by plasma energy in a plasma CVD apparatus using a material gas containing a silicon-based hydrocarbon compound represented by Formula 5.
【0038】さらにまた、絶縁膜は基板上に形成され及
び該膜は化学式6で表現されるシリコン系炭化水素化合
物を含む材料ガスを使ってプラズマCVD装置内でプラズ
マエネルギーによって重合される。Further, an insulating film is formed on the substrate, and the film is polymerized by plasma energy in a plasma CVD apparatus using a material gas containing a silicon-based hydrocarbon compound represented by Formula 6.
【0039】本発明のさらなる見地にしたがって、絶縁
膜を形成するための材料は基板近傍の気相中に供給さ
れ、化学反応によって基板上に絶縁膜を形成するために
プラズマCVD装置内で処理され、該材料は化学式2によ
って表現される。In accordance with a further aspect of the present invention, the material for forming the insulating film is provided in a gas phase near the substrate and processed in a plasma CVD apparatus to form the insulating film on the substrate by a chemical reaction. , The material is represented by Formula 2:
【0040】付加的に、絶縁膜を形成するための材料は
基板近傍の気相中に供給され、化学反応によって基板上
に絶縁膜を形成するためにプラズマCVD装置内で処理さ
れ、該材料は化学式3によって表現される。Additionally, a material for forming an insulating film is supplied in a gas phase near the substrate, and is processed in a plasma CVD apparatus to form an insulating film on the substrate by a chemical reaction. It is represented by Chemical Formula 3.
【0041】また、絶縁膜を形成するための材料は基板
近傍の気相中に供給され、化学反応によって基板上に絶
縁膜を形成するためにプラズマCVD装置内で処理され、
該材料は化学式4によって表現される。The material for forming the insulating film is supplied into a gas phase near the substrate, and is processed in a plasma CVD apparatus to form the insulating film on the substrate by a chemical reaction.
The material is represented by Formula 4:
【0042】さらに、絶縁膜を形成するための材料は基
板近傍で酸化剤として酸化窒素(N2O)若しくは酸素(O2)
のいずれかを有する気相中に供給され、化学反応によっ
て基板上に絶縁膜を形成するためにプラズマCVD装置内
で処理され、該材料は化学式5によって表現される化合
物である。Further, the material for forming the insulating film is made of nitrogen oxide (N 2 O) or oxygen (O 2 ) as an oxidizing agent near the substrate.
And processed in a plasma CVD apparatus to form an insulating film on a substrate by a chemical reaction, wherein the material is a compound represented by Chemical Formula 5.
【0043】さらにまた、絶縁膜を形成するための材料
は基板近傍で酸化剤として酸化窒素(N2O)若しくは酸素
(O2)のいずれかを有する気相中に供給され、化学反応に
よって基板上に絶縁膜を形成するためにプラズマCVD装
置内で処理され、該材料は化学式6によって表現される
化合物である。Further, the material for forming the insulating film is made of nitrogen oxide (N 2 O) or oxygen as an oxidizing agent near the substrate.
(O 2 ) is supplied in a gaseous phase having any of the above, and is processed in a plasma CVD apparatus to form an insulating film on a substrate by a chemical reaction, and the material is a compound represented by Chemical Formula 6.
【0044】滞留時間及びガス流量 反応ガスの滞留時間は、反応チャンバの反応空間のキャ
パシティ、反応に適応される圧力及び反応ガスの総流量
に基づいて決定される。反応圧力は通常1〜10Torrであ
るが、安定なプラズマを維持するために好適には3〜7To
rrである。この反応圧力は反応ガスの滞留時間を延長す
るために比較的高い。反応ガスの総流量は生成膜の比誘
電率を減少するのに重要である。滞留時間を制御するた
めに添加ガスに対する材料ガスの比率を制御することは
必要ではない。一般に、滞留時間が長いほど、比誘電率
はより低くなる。膜を形成するのに必要な材料ガス流量
は所望の蒸着速度及び膜が形成される基板面積に依存す
る。例えば、300nm/minの蒸着速度で基板(r(半径)=
100mm)上に膜を形成するためには、少なくとも50sccm
の材料ガスが反応ガス内に含まれていることが期待され
る。それは基板表面積(m2)当たりほぼ1.6×102sccmであ
る。総流量は滞留時間(Rt)によって定義される。Rtが以
下に説明されるように定義されるとき、Rtの好適範囲は
100msec≦Rtであり、より好適には200msec≦Rt≦5sec、
さらに好適には500msec≦Rt≦4secである。従来のプラ
ズマTEOSにおいて、一般にRtは10〜30msecの範囲内にあ
る。Residence Time and Gas Flow Rate The residence time of the reaction gas is determined based on the capacity of the reaction space in the reaction chamber, the pressure applied to the reaction, and the total flow rate of the reaction gas. The reaction pressure is usually 1 to 10 Torr, but is preferably 3 to 7 Torr in order to maintain a stable plasma.
rr. The reaction pressure is relatively high to extend the residence time of the reaction gas. The total flow rate of the reaction gas is important in reducing the dielectric constant of the resulting film. It is not necessary to control the ratio of source gas to additive gas to control the residence time. In general, the longer the residence time, the lower the relative permittivity. The material gas flow rate required to form a film depends on the desired deposition rate and the substrate area on which the film is formed. For example, at a deposition rate of 300 nm / min, the substrate (r (radius) =
100mm) to form a film on top of at least 50sccm
Is expected to be contained in the reaction gas. It is approximately 1.6 × 10 2 sccm per substrate surface area (m 2 ). The total flow is defined by the residence time (Rt). When Rt is defined as described below, the preferred range of Rt is
100msec ≦ Rt, more preferably 200msec ≦ Rt ≦ 5sec,
More preferably, 500 msec ≦ Rt ≦ 4 sec. In conventional plasma TEOS, Rt is generally in the range of 10-30 msec.
【0045】 Rt[s]=9.42×107(Pr・Ts/Ps・Tr)rw 2d/F ここで、Pr:反応チャンバ圧力(Pa) Ps:標準気圧(Pa) Tr:反応ガスの平均温度(K) Ts:標準温度(K) rw:シリコン基板の半径(m) d:シリコン基板と上部電極との間隔(m) F:反応ガスの総流量(sccm) 上記において、滞留時間はガス分子が反応チャンバ内に
留まる平均時間間隔を意味する。滞留時間(Rt)はRt=αV
/Sで計算され、ここでVはチャンバの容積(cc)であり、S
は反応ガスの体積(cc/s)であり、αは反応チャンバの形
状及びガスの吸気口と排気口との間の位置関係によって
決定される係数である。反応チャンバ内の反応空間は基
板の表面(πr2)及び上部電極と下部電極との間の空間に
よって画成される。反応空間を通じて流れるガス流量を
考慮すると、αは1/2と推定される。上記公式でαは1/2
である。Rt [s] = 9.42 × 10 7 (Pr · Ts / Ps · Tr) r w 2 d / F where Pr: reaction chamber pressure (Pa) Ps: standard pressure (Pa) Tr: reaction gas Average temperature (K) Ts: Standard temperature (K) r w : Radius of silicon substrate (m) d: Distance between silicon substrate and upper electrode (m) F: Total flow rate of reaction gas (sccm) In the above, residence time Means the average time interval during which gas molecules remain in the reaction chamber. Residence time (Rt) is Rt = αV
/ S, where V is the chamber volume (cc) and S
Is the volume of the reaction gas (cc / s), and α is a coefficient determined by the shape of the reaction chamber and the positional relationship between the gas inlet and the gas outlet. The reaction space in the reaction chamber is defined by the surface of the substrate (πr 2 ) and the space between the upper and lower electrodes. Considering the gas flow rate flowing through the reaction space, α is estimated to be 1/2. In the above formula, α is 1/2
It is.
【0046】基本的効果 この方法において、材料ガスは少なくとも1つのSi-O結
合、2つ以下のO-CnH2 n+1結合及びシリコン(Si)に結合
された少なくとも2つの炭化水素基を含むシリコン系炭
化水素化合物である。また、この材料ガスは直接気化方
式によって気化される。該方法は低い比誘電率、高い耐
熱性及び高い耐吸湿性を有する絶縁膜を形成する。Basic Effect In this method, the source gas contains at least one Si—O bond, no more than two OC n H 2 n + 1 bonds and at least two hydrocarbon groups bonded to silicon (Si). It is a silicon-based hydrocarbon compound. This material gas is vaporized by a direct vaporization method. This method forms an insulating film having a low relative dielectric constant, high heat resistance and high moisture absorption resistance.
【0047】より特定的には、直接気化方式によって気
化された材料ガスは十分に長い時間プラズマ中に滞留す
る。結果として、線状重合体が形成され、nが2若しくは
それ以上の値であるところの基本構造(化学式7)を有
する線状重合体が気相中で成長する。その後、該重合体
が半導体基板上に堆積し連続多孔質構造を有する絶縁膜
を形成する。More specifically, the material gas vaporized by the direct vaporization method stays in the plasma for a sufficiently long time. As a result, a linear polymer is formed, and a linear polymer having a basic structure (Formula 7) where n is a value of 2 or more grows in the gas phase. Thereafter, the polymer is deposited on the semiconductor substrate to form an insulating film having a continuous porous structure.
【0048】[0048]
【化9】 ここでX1及びX2はOnCmHpであり、nは0若しくは1、m及び
pはゼロを含む整数である。Embedded image Here X1 and X2 are O n C m H p, n is 0 or 1, m and
p is an integer including zero.
【0049】本発明に係る絶縁膜は高い結合エネルギー
を有するSi-O結合を基本骨格としているため比較的高い
安定性を有する。また、連続多孔構造を有するため比誘
電率が低い。さらに、基本骨格(-Si-O-)nは両側におい
て疎水性を有する炭化水素基で終端されたダングリング
ボンドを有し、この特性が耐吸湿性を与える。さらにま
た、一般に炭化水素とシリコンの結合は安定である。例
えば、メチル基との結合すなわちSi-CH3とベンゼンとの
結合すなわちSi-C6H5の両方は500℃若しくはそれ以上の
解離温度を有する。上記半導体製造は450℃以上の耐熱
性が要求されるため、膜のその特性は半導体製造にとっ
て有利である。The insulating film according to the present invention has relatively high stability because it has a basic skeleton of Si—O bonds having high binding energy. In addition, since it has a continuous porous structure, the dielectric constant is low. Furthermore, the basic skeleton (—Si—O—) n has dangling bonds terminated on both sides with a hydrocarbon group having hydrophobicity, and this property provides moisture absorption resistance. Furthermore, the bond between hydrocarbon and silicon is generally stable. For example, both the bond to the methyl group, ie, the bond between Si—CH 3 and benzene, ie, Si—C 6 H 5 , has a dissociation temperature of 500 ° C. or higher. Since the above-described semiconductor production requires heat resistance of 450 ° C. or higher, the characteristics of the film are advantageous for semiconductor production.
【0050】本発明のさらなる見地、特徴及び利点は以
下の好適実施例の詳細な説明から明らかとなる。Further aspects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments.
【0051】実施例構造の概要 図1は本発明で使用可能なプラズマCVD装置を図式的に
示す。この装置は反応ガス供給装置12及びプラズマCVD
装置1から成る。反応ガス供給装置12は、複数のライン1
3、ライン13に配置された制御バルブ8及びガス入口ポー
ト14、15及び16から成る。流量制御器7は所定の体積に
材料ガスの流量を制御するために個々の制御バルブ8に
結合されている。液体反応材料18を収容する容器は液体
を直接的に気化させる気化装置17に結合されている。プ
ラズマCVD装置1は反応チャンバ6、ガス入口ポート5、サ
セプタ3及びヒータ2を含む。円形ガス拡散板10はガス入
口ポートのすぐ下に配置される。ガス拡散板10はその底
面に複数の細孔を有し、そこから半導体基板4へ反応ガ
スを噴射することができる。反応チャンバ6の底部には
排気ポート11が存在する。この排気ポート11は外部の真
空ポンプ(図示せず)に結合されており、その結果反応
チャンバ6の内部は真空排気される。サセプタ3はガス拡
散板10に面して平行に配置される。サセプタ3は半導体
基板4を表面上に載置しかつヒータ2で加熱する。ガス入
口ポート5は反応チャンバ6から絶縁され、外部の高周波
電源9に結合されている。択一的に、サセプタ3が電源9
に結合されてもよい。こうして、ガス拡散板10及びサセ
プタ3は高周波電極として機能しかつ半導体基板4の表面
付近にプラズマ反応領域を生成する。FIG. 1 schematically shows a plasma CVD apparatus usable in the present invention. This equipment consists of a reaction gas supply device 12 and plasma CVD
It consists of device 1. The reaction gas supply device 12 includes a plurality of lines 1
3. Consists of a control valve 8 and gas inlet ports 14, 15 and 16 located in line 13. The flow controllers 7 are connected to individual control valves 8 for controlling the flow rate of the material gas to a predetermined volume. The container containing the liquid reactive material 18 is connected to a vaporizer 17 for directly vaporizing the liquid. The plasma CVD apparatus 1 includes a reaction chamber 6, a gas inlet port 5, a susceptor 3, and a heater 2. A circular gas diffusion plate 10 is located just below the gas inlet port. The gas diffusion plate 10 has a plurality of pores on its bottom surface, from which a reaction gas can be injected to the semiconductor substrate 4. At the bottom of the reaction chamber 6, there is an exhaust port 11. The exhaust port 11 is connected to an external vacuum pump (not shown), and as a result, the inside of the reaction chamber 6 is evacuated. The susceptor 3 is arranged parallel to the gas diffusion plate 10. The susceptor 3 places the semiconductor substrate 4 on its surface and heats it with the heater 2. The gas inlet port 5 is insulated from the reaction chamber 6 and is connected to an external high frequency power supply 9. Alternatively, susceptor 3 can be powered 9
May be combined. Thus, the gas diffusion plate 10 and the susceptor 3 function as a high-frequency electrode and generate a plasma reaction region near the surface of the semiconductor substrate 4.
【0052】本発明のプラズマCVD装置を使って半導体
基板上に絶縁膜を形成するための方法は、一般式SiαO
βCxHy(α、β、x及びyは整数)で表現されるシリコン
系炭化水素化合物を直接気化し、その後プラズマCVD装
置1の反応チャンバ6にそれを導入する工程と、流量の実
質的に減少した添加ガスを反応チャンバ6内に導入する
工程と、材料ガス及びキャリアガスとしてのシリコン系
炭化水素化合物から作られる混合ガスが反応ガスとして
使用されるところのプラズマ重合反応によって半導体基
板上に絶縁膜を形成する工程と、から成る。添加ガス流
量の減少が反応ガスの総流量の実質的減少をもたらすこ
とは注目すべき特徴である。この特徴は以下により詳細
に説明される。A method for forming an insulating film on a semiconductor substrate using the plasma CVD apparatus of the present invention is based on the general formula Si α O
a step of directly vaporizing a silicon-based hydrocarbon compound represented by β C x H y (α, β, x and y are integers) and thereafter introducing it into the reaction chamber 6 of the plasma CVD apparatus 1; Introducing a substantially reduced additive gas into the reaction chamber 6 and a plasma polymerization reaction in which a mixed gas made of a silicon-based hydrocarbon compound as a material gas and a carrier gas is used as a reaction gas, on the semiconductor substrate. Forming an insulating film on the substrate. It is a remarkable feature that a reduction in the additive gas flow results in a substantial reduction in the total flow of the reaction gas. This feature is described in more detail below.
【0053】材料ガス及び添加ガス ここで、一般式SiαOβCxHy(α、β、x及びyは整数)
で表現されるシリコン系炭化水素化合物は好適には、少
なくともひとつのSi-O結合、2つ若しくはそれ以下のO-
CnH2n+1結合及びシリコン(Si)に結合した少なくとも2
つの炭化水素基を有する化合物である。より特定的に
は、それは以下に示される化合物、(A)化学式:Material gas and additive gas Here, general formula Si α O β C x H y (α, β, x and y are integers)
Preferably, the silicon-based hydrocarbon compound represented by at least one Si-O bond, two or less O-
C n H 2n + 1 bond and at least 2 bonded to silicon (Si)
It is a compound having two hydrocarbon groups. More specifically, it is a compound represented by the following formula (A):
【0054】[0054]
【化10】 ここでR1及びR2はCH3,C2H3,C2H5,C3H7及びC6H5のひとつ
であり、m及びnはあらゆる整数であり、以下に示される
化合物、(B)化学式Embedded image Here, R1 and R2 are one of CH 3 , C 2 H 3 , C 2 H 5 , C 3 H 7 and C 6 H 5 , m and n are any integers, and the compounds shown below (B )Chemical formula
【0055】[0055]
【化11】 ここでR1、R2及びR3はCH3,C2H3,C2H5,C3H7及びC6H5のひ
とつであり、nはあらゆる整数であり、以下に示される
化合物、(C)化学式Embedded image Here, R1, R2 and R3 are one of CH 3 , C 2 H 3 , C 2 H 5 , C 3 H 7 and C 6 H 5 , n is any integer, and a compound shown below (C )Chemical formula
【0056】[0056]
【化12】 ここでR1、R2、R3及びR4はCH3,C2H3,C2H5,C3H7及びC6H5
のひとつであり、m及びnはあらゆる整数であり、以下に
示される化合物、(D)化学式Embedded image Here R1, R2, R3 and R4 are CH 3, C 2 H 3, C 2 H 5, C 3 H 7 and C 6 H 5
M and n are all integers, a compound shown below, (D) a chemical formula
【0057】[0057]
【化13】 ここでR1、R2、R3、R4、R5及びR6はCH3,C2H3,C2H5,C3H7
及びC6H5のひとつであり、及び酸化剤として酸化窒素(N
2O)若しくは酸素(O2)を有する化合物との混合物であ
り、または、以下に示される化合物、(E)化学式Embedded image Here R1, R2, R3, R4, R5 and R6 are CH 3, C 2 H 3, C 2 H 5, C 3 H 7
And C 6 H 5 , and nitric oxide (N
A mixture with a compound having 2 O) or oxygen (O 2 ), or a compound represented by the following formula (E):
【0058】[0058]
【化14】 ここでR1、R2、R3及びR4はCH3,C2H3,C2H5,C3H7及びC6H5
のひとつであり、及び酸化剤として酸化窒素(N2O)若し
くは酸素(O2)を有する化合物との混合物である。Embedded image Here R1, R2, R3 and R4 are CH 3, C 2 H 3, C 2 H 5, C 3 H 7 and C 6 H 5
And a mixture with a compound having nitrogen oxide (N 2 O) or oxygen (O 2 ) as an oxidizing agent.
【0059】また、シリコン系炭化水素化合物はこれら
の化合物及び混合物のあらゆる組合せから成ることに注
意すべきである。It should also be noted that the silicon-based hydrocarbon compound comprises any combination of these compounds and mixtures.
【0060】この実施例で使用される添加ガスは、より
具体的にはアルゴンガス及びヘリウムガスである。アル
ゴンは主にプラズマの安定化のために使用され、一方ヘ
リウムはプラズマの均一性及び絶縁膜の膜厚の均一性を
改善するために使用される。The additional gas used in this embodiment is more specifically an argon gas and a helium gas. Argon is used primarily for plasma stabilization, while helium is used to improve plasma uniformity and insulating film thickness uniformity.
【0061】上述された方法において、第1工程の直接
気化方式とは流量の制御された液体材料が予熱された気
化装置において瞬間的に気化されるところの方法であ
る。この直接気化方式は所望の流量の材料ガスを得るの
にアルゴンのようなキャリアガスを必要としない。この
点がバブリング方式と大きく異なる。したがって、大量
のアルゴンガス若しくはヘリウムガスはもはや必要では
なく、このことによって反応ガスの総流量が減少し、そ
の結果プラズマ中に材料ガスが滞留する時間を延長する
ことができる。結果として、気相中で十分な重合反応が
生じ、線状重合体が形成され及び連続多孔質構造を有す
る膜が得られる。In the above-mentioned method, the direct vaporization method of the first step is a method in which a liquid material having a controlled flow rate is instantaneously vaporized in a preheated vaporizer. This direct vaporization method does not require a carrier gas such as argon to obtain a desired flow rate of the material gas. This point is significantly different from the bubbling method. Thus, large amounts of argon or helium gas are no longer needed, which reduces the total flow of the reaction gas and, as a result, extends the residence time of the source gas in the plasma. As a result, a sufficient polymerization reaction occurs in the gas phase, a linear polymer is formed, and a film having a continuous porous structure is obtained.
【0062】図1において、ガス入口ポート14を通じて
供給される不活性ガスは、シリコン系炭化水素化合物で
ある液体反応材料18をライン13を通じて制御バルブ8へ
押し出す。制御バルブ8は液体反応材料18の流量を流量
制御器7で制御し、その結果それは所定の体積を超える
ことはない。減少したシリコン系炭化水素化合物18は上
記した直接気化方式によって気化されるよう気化装置17
へ向かう。アルゴン及びヘリウムは入口ポート15及び16
を通じてそれぞれ供給され、バルブ8はこれらのガスの
流量を制御する。その後、材料ガス及び添加ガスの混合
物である反応ガスは、プラズマCVD装置1の入口ポート5
へ供給される。すでに真空排気された反応チャンバ6の
内部に配置されたガス拡散板10と半導体基板4との間の
空間は、好適には13.4MHz及び430kHzの高周波RF電圧で
付勢され、該空間はプラズマ領域として働く。連続的
に、サセプタ3は半導体基板4をヒータ2で加熱し、基板4
を所望な350〜450℃の所定の温度に維持する。ガス拡散
板10の細孔を通じて供給される反応ガスは所定の時間半
導体基板4の表面付近のプラズマ領域内に留まる。In FIG. 1, an inert gas supplied through a gas inlet port 14 pushes a liquid reactive material 18, which is a silicon-based hydrocarbon compound, to a control valve 8 through a line 13. The control valve 8 controls the flow rate of the liquid reaction material 18 with the flow controller 7, so that it does not exceed a predetermined volume. The reduced silicon-based hydrocarbon compound 18 is vaporized by the above-described direct vaporization method.
Head to. Argon and helium inlet ports 15 and 16
, Respectively, and valves 8 control the flow rates of these gases. Thereafter, the reaction gas, which is a mixture of the material gas and the additive gas, is supplied to the inlet port 5 of the plasma CVD apparatus 1.
Supplied to The space between the gas diffusion plate 10 and the semiconductor substrate 4 arranged inside the reaction chamber 6 which has been already evacuated is preferably energized by a high-frequency RF voltage of 13.4 MHz and 430 kHz, and the space is formed by a plasma region. Work as Continuously, the susceptor 3 heats the semiconductor substrate 4 with the heater 2 and
Is maintained at the desired predetermined temperature of 350-450 ° C. The reaction gas supplied through the pores of the gas diffusion plate 10 stays in the plasma region near the surface of the semiconductor substrate 4 for a predetermined time.
【0063】もし滞留時間が短いと、線状重合体が十分
に成長せず、その結果基板上に蒸着された膜は連続多孔
質構造を形成しない。滞留時間は反応ガスの流量に反比
例するので、反応ガスの流量の減少はその滞留時間を延
長させる。If the residence time is short, the linear polymer does not grow sufficiently, so that the film deposited on the substrate does not form a continuous porous structure. Since the residence time is inversely proportional to the flow rate of the reaction gas, a decrease in the flow rate of the reaction gas extends the residence time.
【0064】反応ガスの総流量を極端に減少させること
は、添加ガスの流量を減少させることによって実行され
る。結果として、反応ガスの滞留時間は延長され、その
結果線状重合体が十分に成長し、つづいて連続多孔質構
造を有する絶縁膜が形成される。Extremely reducing the total flow rate of the reaction gas is performed by reducing the flow rate of the additive gas. As a result, the residence time of the reaction gas is prolonged, so that the linear polymer grows sufficiently, followed by formation of an insulating film having a continuous porous structure.
【0065】気相中での反応を調整するために、少量の
不活性ガス、酸化剤若しくは還元剤を反応チャンバに添
加することが有効である。ヘリウム(He)及びアルゴン(A
r)は不活性ガスであり、24.56eV及び15.76eVの異なるイ
オン化エネルギーをそれぞれ有する。したがって、He若
しくはArのいずれか若しくは両方を組み合わせて所定の
量で添加することによって、気相中の材料ガスの反応が
制御される。反応ガスの分子は気相中で重合され、それ
によってオリゴマーが形成される。オリゴマーはO:Si比
率が1:1を有するように期待される。しかし、オリゴマ
ーが基板上に膜を形成する際、オリゴマーはさらに重合
されより高い酸素比率を生じさせる。比率は基板上に形
成される膜の比誘電率若しくは他の性質によって変化す
る(例えば、以下に説明される例5の比率は3:2であ
る)。In order to regulate the reaction in the gas phase, it is effective to add a small amount of an inert gas, an oxidizing agent or a reducing agent to the reaction chamber. Helium (He) and argon (A
r) is an inert gas having different ionization energies of 24.56 eV and 15.76 eV, respectively. Therefore, the reaction of the material gas in the gas phase is controlled by adding one or both of He and Ar in a predetermined amount. The molecules of the reaction gas are polymerized in the gas phase, thereby forming oligomers. The oligomer is expected to have an O: Si ratio of 1: 1. However, when the oligomer forms a film on the substrate, the oligomer is further polymerized to produce a higher oxygen ratio. The ratio varies depending on the relative permittivity or other properties of the film formed on the substrate (eg, the ratio in Example 5 described below is 3: 2).
【0066】材料ガスから引き出されかつ膜中に取り込
まれない残留酸素は材料化合物から脱離しプラズマ中を
浮遊する。材料ガス内のSi:Oの比率は化合物によって変
化する。例えば、上記化学式2から6において、O:Siの
比率はそれぞれ2:1,1:1,3:2,1:2,0:1である。酸素の量
が増加すると、Siに直接結合され膜形成に必要な有機基
が酸化され、その結果膜の劣化を引き起こしやすくな
る。上記において、反応チャンバへH2及びCH4のような
還元剤を添加することによって、プラズマ中の酸素の分
圧が下がり、有機基の上記酸化を防止することができ
る。対照的に、O:Si比率が低い(例えば3/2若しくはそ
れ以下)場合には、N2O及びO2のような酸化剤を添加す
ることによって膜を形成するために酸素を供給する必要
がある。形成された膜の組成がFT-IR若しくはXRSによっ
て分析され、及びその比誘電率も分析されるところの予
備実験に基づいて還元剤若しくは酸化剤の適当な量が予
め評価される。したがって、He、Arのような添加ガス、
還元剤、及び酸化剤の適当なタイプを選択しかつ添加さ
れる各ガスの量を制御することによって、所望の品質を
有する膜が製造される。The residual oxygen extracted from the material gas and not taken into the film desorbs from the material compound and floats in the plasma. The ratio of Si: O in the material gas changes depending on the compound. For example, in the above Chemical Formulas 2 to 6, the ratios of O: Si are 2: 1,1: 1,3: 2,1: 2,0: 1, respectively. When the amount of oxygen increases, the organic groups required for film formation are oxidized by being directly bonded to Si, and as a result, the film tends to deteriorate. In the above, by adding a reducing agent such as H 2 and CH 4 to the reaction chamber, the partial pressure of oxygen in the plasma is reduced, and the above-described oxidation of organic groups can be prevented. In contrast, when the O: Si ratio is low (eg, 3/2 or less), it is necessary to supply oxygen to form a film by adding an oxidizing agent such as N 2 O and O 2 There is. The appropriate amount of reducing agent or oxidizing agent is estimated in advance based on a preliminary experiment in which the composition of the formed film is analyzed by FT-IR or XRS, and its relative permittivity is also analyzed. Therefore, additive gases such as He, Ar,
By selecting the appropriate type of reducing agent and oxidizing agent and controlling the amount of each gas added, a film having the desired quality is produced.
【0067】他の見地 上記において、シリコン重合体用の材料ガスを製造する
ためのシリコン系炭化水素化合物は好適には2つの若し
くはそれ以下のアルコキシ基を有するかまたはアルコキ
シ基を有しない。3つ若しくはそれ以上のアルコキシ基
を有する材料ガスの使用は線状シリコン重合体の形成を
妨げ、膜の比較的高い誘電率を生じさせる。上記におい
て、Si原子の数は限定されないが、化合物のひとつの分
子は好適には1つ、2つ若しくは3つのSi原子を含む
(Si原子が多いほど、気化がより困難となり、及び化合
物の合成のコストもより高くなる)。アルコキシ基は通
常1〜3個の炭素原子を含み、好適には1つ若しくは2
つの炭素原子を含む。Siに結合された炭化水素は通常1
〜12個の炭素原子を有し、好適には1〜6個の炭素原
子を有する。好適なシリコン系炭化水素化合物は以下の
化学式を有する。Other Aspects In the above, the silicon-based hydrocarbon compound for producing the material gas for the silicon polymer preferably has two or less alkoxy groups or no alkoxy group. The use of a source gas having three or more alkoxy groups prevents the formation of linear silicon polymers and results in a relatively high dielectric constant of the film. In the above, the number of Si atoms is not limited, but one molecule of the compound preferably contains one, two or three Si atoms (the more Si atoms, the more difficult to vaporize and the synthesis of the compound Costs are higher). Alkoxy groups usually contain 1 to 3 carbon atoms, preferably 1 or 2 carbon atoms.
Contains two carbon atoms. The hydrocarbon bound to Si is usually 1
It has up to 12 carbon atoms and preferably has 1 to 6 carbon atoms. Suitable silicon-based hydrocarbon compounds have the following formula:
【0068】SiαOα-1R2α-β'+2(OCnH2n+1)β' ここで、αは1〜3の整数、β'は0、1、若しくは2、nは1
〜3の整数、及びRはSiに結合されたC1-6炭化水素であ
る。酸化剤若しくは還元剤の使用は、シリコン重合膜の
目標比誘電率(3.30若しくはそれ以下、好適には3.10若
しくはそれ以下、より好適には2.80若しくはそれ以下)
並びに誘電率の安定性及び耐熱性のような他の性質に依
存して決定される。上記したように、材料ガス内のO:Si
比率もまた酸化剤若しくは還元剤を選択するのに考慮さ
れる。好適には、もし比率が3:2より低ければ、酸化剤
が使用され、もし比率が3:2より高ければ還元剤が使用
される。また、Ar及びHeのような不活性ガスはプラズマ
反応を制御するためのものであるが、シリコン重合膜を
形成するのに不可欠ではない。材料ガスの流量及び添加
ガスの流量はプラズマCVD装置に依存して変化する。適
切な流量はシリコン重合膜の比誘電率を反応ガス(材料
ガス及び添加ガスから成る)の滞留時間と相関させるこ
とによって決定される。滞留時間が長いほど、誘電率は
より低くなる。延長された滞留時間あたりの誘電率の減
少率は変化可能であり、ある滞留時間の後に誘電率の減
少率は大きく増加し、すなわち反応ガスのある滞留時間
の後に誘電率は鋭く下降する。この誘電率の下降範囲の
後、誘電率の減少はスローダウンする。これは非常に興
味深い。本発明において、膜の誘電率と反応ガスの滞留
時間との間の所定の相関関係に基づいて誘電率下降範囲
に達するまで滞留時間を延長することによって、シリコ
ン重合膜の比誘電率を大きく減少させることが可能であ
る。Si α O α-1 R 2α-β ′ + 2 (OC n H 2n + 1 ) β ′ where α is an integer of 1-3, β ′ is 0, 1, or 2, and n is 1.
An integer from 3 to 3 and R is a C 1-6 hydrocarbon bonded to Si. The use of an oxidizing agent or a reducing agent can reduce the relative dielectric constant of the silicon polymer film (3.30 or less, preferably 3.10 or less, more preferably 2.80 or less)
And depending on other properties such as dielectric constant stability and heat resistance. As described above, O: Si in the material gas
Ratios are also considered in selecting an oxidizing or reducing agent. Preferably, an oxidizing agent is used if the ratio is less than 3: 2, and a reducing agent is used if the ratio is higher than 3: 2. Inert gases such as Ar and He are for controlling the plasma reaction, but are not indispensable for forming the silicon polymer film. The flow rates of the material gas and the additive gas vary depending on the plasma CVD apparatus. The appropriate flow rate is determined by correlating the relative dielectric constant of the silicon polymer film with the residence time of the reaction gas (comprising the material gas and the additive gas). The longer the residence time, the lower the dielectric constant. The rate of decrease of the dielectric constant per extended dwell time is variable, and after a certain dwell time the rate of decrease of the dielectric constant increases significantly, i.e., after a certain dwell time of the reaction gas, the dielectric constant drops sharply. After this range of decreasing permittivity, the decrease in permittivity slows down. This is very interesting. In the present invention, the relative permittivity of the silicon polymer film is greatly reduced by extending the residence time until reaching the permittivity falling range based on a predetermined correlation between the dielectric constant of the film and the residence time of the reaction gas. It is possible to do.
【0069】[0069]
【実施例】実験のいくつかの好適結果が以下に説明され
る。これらの実験において、PM-DMOS(フェニルメチル
・ジメトキシシラン、化学式1)、DM-DMOS(ジメチル
・ジメトキシシラン、化学式8)及びP-TMOSが材料ガス
として使用された。通常のプラズマCVD装置(EAGLE-10
TM、日本エー・エス・エム株式会社)が実験装置として
使用された。成膜条件は以下のとおりである。 添加ガス:Ar及びHe RF電力:250W(13.4MHz及び430kHzの周波数を合成して
使用) 基板温度:400℃ 反応圧力:7Torr 気化方法:直接気化方式 滞留時間(Rt)は以下のように定義される。The preferred results of some of the experiments are described below. In these experiments, PM-DMOS (phenylmethyldimethoxysilane, chemical formula 1), DM-DMOS (dimethyldimethoxysilane, chemical formula 8) and P-TMOS were used as material gases. Normal plasma CVD equipment (EAGLE-10
TM , Japan ASM Co., Ltd.) was used as an experimental device. The film forming conditions are as follows. Additive gas: Ar and He RF power: 250W (Synthesize and use 13.4MHz and 430kHz frequencies) Substrate temperature: 400 ° C Reaction pressure: 7Torr Vaporization method: Direct vaporization method Residence time (Rt) is defined as follows: You.
【0070】 Rt[s]=9.42×107(Pr・Ts/Ps・Tr)rw 2d/F この式中、各略語は以下のパラメータを示す。Rt [s] = 9.42 × 10 7 (Pr · Ts / Ps · Tr) r w 2 d / F In this equation, each abbreviation indicates the following parameter.
【0071】Pr:反応チャンバ圧力(Pa) Ps:標準気圧(Pa) Tr:反応ガスの平均温度(K) Ts:標準温度(K) rw:シリコン基板の半径(m) d:シリコン基板と上部電極との間隔(m) F:反応ガスの総流量(sccm) 個々のパラメータは以下の値に固定され、流量と比誘電
率との間の関係を見出すために流量のみが変化された。 Pr=9.33×102(Pa) Ps=1.01×105(Pa) Tr=272+400=673(K) Ts=273(K) rw=0.1(m) d=0.014(m) 表1は比較例及び本発明の実施例の実験結果を示す。Pr: reaction chamber pressure (Pa) Ps: standard pressure (Pa) Tr: average temperature of reaction gas (K) Ts: standard temperature (K) r w : radius of silicon substrate (m) d: silicon substrate Distance from upper electrode (m) F: Total flow rate of reaction gas (sccm) Individual parameters were fixed at the following values, and only the flow rate was changed to find a relationship between the flow rate and the relative permittivity. Pr = 9.33 × 10 2 (Pa) Ps = 1.01 × 10 5 (Pa) Tr = 272 + 400 = 673 (K) Ts = 273 (K) r w = 0.1 (m) d = 0.014 (m) The experimental results of the comparative example and the example of the present invention are shown.
【0072】[0072]
【表1】 比較例1 材料ガス:P-TMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(1000 sccm)及びHe(1000 sccm) 反応ガスの総流量:2100 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は24 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを3.38に減少させた。[Table 1] Comparative Example 1 Material gas: P-TMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (1000 sccm) and He (1000 sccm) Total flow rate of reaction gas: 2100 sccm Other film formation conditions and the equipment used for film formation are as described above. Street. The calculated residence time Rt was 24 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 3.38.
【0073】比較例2 材料ガス:P-TMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(10 sccm)及びHe(10 sccm) 反応ガスの総流量:120 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は412 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを3.42に減少させた。 Comparative Example 2 Material gas: P-TMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (10 sccm) and He (10 sccm) Total flow rate of reaction gas: 120 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 412 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 3.42.
【0074】比較例3 材料ガス:PM-DMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(775 sccm)及びHe(775 sccm) 反応ガスの総流量:1650 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は30 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを3.41に減少させた。 Comparative Example 3 Material gas: PM-DMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (775 sccm) and He (775 sccm) Total flow rate of reaction gas: 1650 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 30 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 3.41.
【0075】比較例4 材料ガス:PM-DMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(550 sccm)及びHe(550 sccm) 反応ガスの総流量:1200 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は41 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを3.41に減少させた。 Comparative Example 4 Material gas: PM-DMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (550 sccm) and He (550 sccm) Total flow rate of reaction gas: 1200 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 41 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 3.41.
【0076】比較例5 材料ガス:PM-DMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(430 sccm)及びHe(430 sccm) 反応ガスの総流量:960 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は51 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを3.40に減少させた。 Comparative Example 5 Material gas: PM-DMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (430 sccm) and He (430 sccm) Total flow rate of reaction gas: 960 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 51 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 3.40.
【0077】比較例6 材料ガス:PM-DMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(310 sccm)及びHe(310 sccm) 反応ガスの総流量:720 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は68 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを3.35に減少させた。 Comparative Example 6 Material gas: PM-DMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (310 sccm) and He (310 sccm) Total flow rate of reaction gas: 720 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 68 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 3.35.
【0078】実施例1 材料ガス:PM-DMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(140 sccm)及びHe(140 sccm) 反応ガスの総流量:480 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は103 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを3.10に減少させた。 Example 1 Material gas: PM-DMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (140 sccm) and He (140 sccm) Total flow rate of reaction gas: 480 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 103 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 3.10.
【0079】実施例2 材料ガス:PM-DMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(100 sccm)及びHe(100 sccm) 反応ガスの総流量:300 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は165 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを2.76に減少させた。 Example 2 Material gas: PM-DMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (100 sccm) and He (100 sccm) Total flow rate of reaction gas: 300 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 165 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 2.76.
【0080】実施例3 材料ガス:PM-DMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(70 sccm)及びHe(70 sccm) 反応ガスの総流量:240 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は206 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを2.64に減少させた。 Example 3 Material gas: PM-DMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (70 sccm) and He (70 sccm) Total flow rate of reaction gas: 240 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 206 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 2.64.
【0081】実施例4 材料ガス:PM-DMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(10 sccm)及びHe(10 sccm) 反応ガスの総流量:120 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は412 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを2.45に減少させた。 Example 4 Material gas: PM-DMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (10 sccm) and He (10 sccm) Total flow rate of reaction gas: 120 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 412 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 2.45.
【0082】ここで、上記実験結果について図2及び3
を参照しながら考察する。図2は材料ガスとしてPM-DMO
Sを使用した実験における、比誘電率εと反応ガスの総
流量との間の関係及び滞留時間Rtと反応ガスの総流量と
の間の関係を示すグラフである。図3は材料ガスとして
PM-DMOSを使用した実験における、滞留時間Rtと比誘電
率εとの間の関係を示すグラフである。Here, the above experimental results are shown in FIGS.
Will be discussed with reference to FIG. Figure 2 shows PM-DMO as material gas
5 is a graph showing the relationship between the relative permittivity ε and the total flow rate of the reaction gas, and the relationship between the residence time Rt and the total flow rate of the reaction gas, in an experiment using S. Figure 3 shows the material gas
5 is a graph showing a relationship between a residence time Rt and a relative dielectric constant ε in an experiment using PM-DMOS.
【0083】まず、PM-DMOSガスの流量と絶縁膜の比誘
電率εとの間の関係を検討する。図2は流量が約700scc
mまでは比誘電率εがほぼ一定の3.4であることを示して
いる。しかし、流量がほぼ700sccm若しくはそれ以下に
減少するとともに比誘電率εは下がり始める。また、流
量が500sccm以下に下がるに従い、滞留時間Rtは急激に
上昇し及び比誘電率εは急激に下降する。一方、図3は
滞留時間Rtがほぼ70msecから増加すると比誘電率εが減
少し始めることを示している。滞留時間Rtが400msecよ
り長いと、比誘電率εは2.45まで低下する。First, the relationship between the flow rate of the PM-DMOS gas and the relative dielectric constant ε of the insulating film will be examined. Figure 2 shows a flow rate of about 700scc
Up to m, the relative dielectric constant ε is almost constant at 3.4. However, as the flow rate decreases to approximately 700 sccm or less, the relative permittivity ε begins to decrease. Further, as the flow rate decreases to 500 sccm or less, the residence time Rt sharply increases and the relative permittivity ε sharply decreases. On the other hand, FIG. 3 shows that when the residence time Rt increases from approximately 70 msec, the relative permittivity ε starts to decrease. When the residence time Rt is longer than 400 msec, the relative permittivity ε decreases to 2.45.
【0084】したがって、本発明の実施例は、もしRtが
100sec以上となるようにPM-DMOSガス及び添加ガスの反
応ガスの総流量が制御されれば、比誘電率εは3.1以下
に制御され得ることを明白に示している。Therefore, an embodiment of the present invention provides that if Rt is
If the total flow rate of the reaction gas of the PM-DMOS gas and the additive gas is controlled so as to be 100 seconds or more, it is clearly shown that the relative dielectric constant ε can be controlled to 3.1 or less.
【0085】実施例5 次にDM-DMOS(化学式8)が試験された。 Example 5 Next, DM-DMOS (formula 8) was tested.
【0086】[0086]
【化15】 材料ガス:DM-DMOS(100 sccm) 添加ガス:Ar(10 sccm)及びHe(10 sccm) 反応ガスの総流量:120 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は412 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを2.58に減少させた。Embedded image Material gas: DM-DMOS (100 sccm) Additive gas: Ar (10 sccm) and He (10 sccm) Total flow rate of reaction gas: 120 sccm Other film forming conditions and the apparatus used for film formation are as described above. The calculated residence time Rt was 412 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 2.58.
【0087】実施例6 材料ガス:DM-DMOS(25 sccm) 添加ガス:Ar(3 sccm)及びHe(0 sccm) 反応ガスの総流量:28 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は1764 msecであった。以上
の条件は絶縁膜の比誘電率εを2.51に減少させた。 Example 6 Material gas: DM-DMOS (25 sccm) Additive gas: Ar (3 sccm) and He (0 sccm) Total flow rate of reaction gas: 28 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 1764 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 2.51.
【0088】実施例7 材料ガス:DM-DMOS(25 sccm) 添加ガス:Ar(0 sccm)及びHe(5 sccm) 反応ガスの総流量:30 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は1647 msecであった。以上
の条件は絶縁膜の比誘電率εを2.50に減少させた。 Example 7 Material gas: DM-DMOS (25 sccm) Additive gas: Ar (0 sccm) and He (5 sccm) Total flow rate of reaction gas: 30 sccm Other film forming conditions and used for film formation The equipment is as described above. The calculated residence time Rt was 1647 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 2.50.
【0089】実施例8 材料ガス:DM-DMOS(100 sccm) 添加ガス:H2(20 sccm)及びCH4(0 sccm) 反応ガスの総流量:120 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は412 msecであった。以上の
条件は絶縁膜の比誘電率εを2.52に減少させた。 Example 8 Material gas: DM-DMOS (100 sccm) Additive gas: H 2 (20 sccm) and CH 4 (0 sccm) Total flow rate of reaction gas: 120 sccm Other film forming conditions and film formation The equipment used is as described above. The calculated residence time Rt was 412 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 2.52.
【0090】実施例9 材料ガス:DM-DMOS(25 sccm) 添加ガス:H2(5 sccm)及びCH4(0 sccm) 反応ガスの総流量:30 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は1647 msecであった。以上
の条件は絶縁膜の比誘電率εを2.49に減少させた。 Example 9 Material gas: DM-DMOS (25 sccm) Additive gas: H 2 (5 sccm) and CH 4 (0 sccm) Total flow rate of reaction gas: 30 sccm Other film formation conditions and film formation The equipment used is as described above. The calculated residence time Rt was 1647 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 2.49.
【0091】実施例10 材料ガス:DM-DMOS(25 sccm) 添加ガス:H2(0 sccm)及びCH4(5 sccm) 反応ガスの総流量:30 sccm その他の成膜条件及び膜形成用に使用した装置は上記の
通り。滞留時間Rtの計算値は1647 msecであった。以上
の条件は絶縁膜の比誘電率εを2.67に減少させた。 Example 10 Material gas: DM-DMOS (25 sccm) Additive gas: H 2 (0 sccm) and CH 4 (5 sccm) Total flow rate of reaction gas: 30 sccm Other film formation conditions and film formation The equipment used is as described above. The calculated residence time Rt was 1647 msec. The above conditions reduced the relative dielectric constant ε of the insulating film to 2.67.
【0092】したがって、上記より、化学式2の材料ガ
スにおいて両化合物(R1がC6H5でR2がCH3であるPM-DMOS
及びR1がCH3でR2がCH3であるDM-DMOS)は非常に低い比
誘電率(ε<3.1)を有する絶縁膜を製造することができ
ることがわかる。Therefore, as described above, in the material gas of Chemical Formula 2, both compounds (PM-DMOS in which R 1 is C 6 H 5 and R 2 is CH 3)
Also, it can be understood that DM-DMOS in which R1 is CH 3 and R2 is CH 3 ) can produce an insulating film having a very low relative dielectric constant (ε <3.1).
【0093】以下に、PM-DMOSガスの代わりにP-TMOSガ
スが同じ結果をもたらすかどうかを検討する。比較例1
及び2の両方は材料ガスとしてP-TMOSを使用した実験で
得られた結果である。これらの実施例は、反応ガスの総
流量が5.7%まで減少しても比誘電率が減少しないこと
を示している。したがって、PM-DMOSで成立した流量と
比誘電率との関係はP-TMOSでは成立しない。In the following, it will be examined whether P-TMOS gas instead of PM-DMOS gas gives the same result. Comparative Example 1
And 2 are the results obtained in experiments using P-TMOS as the source gas. These examples show that the relative dielectric constant does not decrease when the total flow rate of the reaction gas is reduced to 5.7%. Therefore, the relationship between the flow rate and the relative permittivity established in PM-DMOS does not hold in P-TMOS.
【0094】また、以下に、異なる材料ガスを使用した
際の比誘電率の相違を検討する。比較例2と本発明の実
施例4を比較すると、流量及び他の条件は同一であるの
に、P-TMOSの比誘電率εは3.42であり一方PM-DMOSの比
誘電率εは2.45である。比誘電率の値のこのような大き
な違いは材料ガスの分子構造の違いによるものである。
すなわち、PM-DMOSは分離しやすい比較的不安定な一対
のO-CH3結合を有し、その結果重合反応が生じ及び線状
重合体(化学式7)が気相中で形成される。この重合体
は半導体基板上に堆積され連続多孔構造を形成し、及び
絶縁膜の比誘電率が低下する。一方、P-TMOSは3つのO-
CH3結合を有するため、たとえ滞留時間が延長されても
その重合体は線状に成長しない。したがって、成長する
膜は連続多孔構造を有せず、比誘電率も低下しない。In the following, the difference in the relative dielectric constant when different material gases are used will be examined. Comparing Comparative Example 2 with Example 4 of the present invention, the relative permittivity ε of P-TMOS is 3.42, while the relative permittivity ε of PM-DMOS is 2.45, while the flow rate and other conditions are the same. is there. Such a large difference in the value of the relative dielectric constant is due to a difference in the molecular structure of the material gas.
That is, PM-DMOS has a pair of relatively unstable O—CH 3 bonds that are easily separated, and as a result, a polymerization reaction occurs and a linear polymer (Formula 7) is formed in the gas phase. This polymer is deposited on the semiconductor substrate to form a continuous porous structure, and the dielectric constant of the insulating film decreases. On the other hand, P-TMOS has three O-
Due to the presence of CH 3 bonds, the polymer does not grow linearly even if the residence time is extended. Therefore, the growing film does not have a continuous porous structure and the relative dielectric constant does not decrease.
【0095】これらの実験により、材料ガスとして使用
されるシリコン系炭化水素化合物はSi-O結合だけでなく
2つ以下のO-CnH2n+1結合を有し、かつシリコン(Si)に
結合した少なくとも2つの炭化水素基を有することが好
適であることがわかった。According to these experiments, the silicon-based hydrocarbon compound used as the material gas had not only Si—O bonds but also two or less OC n H 2n + 1 bonds and was bonded to silicon (Si). It has proven advantageous to have at least two hydrocarbon groups.
【0096】本発明にしたがって形成される低い比誘電
率の膜安定性は、PM-DMOSが使用されたところの実施例
4及びDM-DMOSが使用されたところの実施例5に従う低
い比誘電率膜を準備することによって評価され、それに
よって比誘電率の安定性及び耐熱性が評価された。The low dielectric constant film stability formed in accordance with the present invention is consistent with the low dielectric constant of Example 4 where PM-DMOS was used and Example 5 where DM-DMOS was used. The film was evaluated by preparing it, thereby evaluating the relative permittivity stability and heat resistance.
【0097】(1)比誘電率の安定性 膜の比誘電率の変化は圧力釜内でPM-DMOS膜及びDM-DMOS
膜を加熱しかつ加湿することにより測定された。すなわ
ち、各膜は1μmの膜厚でSiウエハ上に形成され、その比
誘電率は膜形成の直後及び120℃及び湿度100%で1時間
放置された後に測定された。結果を以下に示す。各膜の
比誘電率に変化は見られず、極めて安定であることがわ
かる。(1) Stability of relative permittivity The change in relative permittivity of the film was measured in a pressure cooker using a PM-DMOS film and a DM-DMOS film.
Measured by heating and humidifying the membrane. That is, each film was formed on a Si wafer with a film thickness of 1 μm, and its relative dielectric constant was measured immediately after film formation and after standing at 120 ° C. and 100% humidity for 1 hour. The results are shown below. No change is observed in the relative dielectric constant of each film, indicating that the film is extremely stable.
【0098】[0098]
【表2】 (2)耐熱性 熱脱離試験に基づいて、膜構造の耐熱性が評価された。
すなわち、Siウエハ上に形成されたPM-DMOS及びSiウエ
ハ上に形成されたDM-DMOSのサンプルは真空中に配置さ
れ、毎分10℃の速度で上昇する温度に晒され、それによ
って、膜から脱離した分子の量が測定された。図4は昇
温中にCH4の脱離に起因する分量16を有する成分の熱脱
離スペクトルを示す。図5は膜から脱離する総分子数に
対応する真空度の変化を示す。両方の実験において、温
度400℃若しくはそれ以下ではいずれの膜も脱離は生じ
なかった。脱離はPM-DMOSでほぼ450℃及びDM-DMOSでほ
ぼ500℃で始まった。低比誘電率膜に必要な耐熱温度は
概して400℃から450℃である。したがって、PM-DMOS膜
及びDM-DMOS膜の両方は高い耐熱性を有することが証明
された。[Table 2] (2) Heat resistance The heat resistance of the film structure was evaluated based on the thermal desorption test.
That is, the PM-DMOS sample formed on the Si wafer and the DM-DMOS sample formed on the Si wafer are placed in a vacuum and exposed to an increasing temperature at a rate of 10 ° C. per minute, whereby the film The amount of molecules desorbed from was measured. FIG. 4 shows the thermal desorption spectrum of a component having a mass of 16 due to the elimination of CH 4 during heating. FIG. 5 shows the change in the degree of vacuum corresponding to the total number of molecules desorbed from the film. In both experiments, at temperatures of 400 ° C. and below, none of the films desorbed. Desorption began at approximately 450 ° C for PM-DMOS and approximately 500 ° C for DM-DMOS. The heat-resistant temperature required for a low dielectric constant film is generally 400 ° C to 450 ° C. Therefore, it was proved that both the PM-DMOS film and the DM-DMOS film have high heat resistance.
【0099】上述したように、材料ガスとして本発明に
係るシリコン系炭化水素化合物を使用する本発明の方法
によって、高い耐熱性、高い耐吸湿性及び低い比誘電率
を有する絶縁膜が製造される。また、反応ガスの滞留時
間を制御することによって有効かつ単純に膜の比誘電率
を制御できることがわかった。さらに、本発明に係る方
法により、高価な装置を使用することなく絶縁膜を製造
することが実現された。As described above, an insulating film having high heat resistance, high moisture absorption resistance and low relative dielectric constant is manufactured by the method of the present invention using the silicon-based hydrocarbon compound of the present invention as a material gas. . It was also found that the relative permittivity of the film can be effectively and simply controlled by controlling the residence time of the reaction gas. Furthermore, the method according to the present invention has realized that an insulating film can be manufactured without using an expensive device.
【0100】本発明はある実施例について説明されてき
たが、当業者にとって明白な他の実施例は本発明の態様
内にある。したがって、本発明の態様は請求の範囲によ
ってのみ定義されるものである。While the present invention has been described with respect to certain embodiments, other embodiments will be apparent to those skilled in the art and are within the scope of the present invention. Accordingly, aspects of the present invention are defined solely by the appended claims.
【0101】上記において、以下の化学式を有する化合
物は上記化合物と置き換えが可能であり優れた効果を示
す。In the above, a compound having the following chemical formula can be replaced with the above compound and exhibits excellent effects.
【0102】[0102]
【化16】 ここでn及びmはあらゆる整数であり、R1からR7は炭化水
素である。Embedded image Where n and m are any integer and R1 through R7 are hydrocarbons.
【0103】本発明の思想から離れることなく、多くの
さまざまな修正が可能であることは当業者の知るところ
である。したがって、本発明の形式は単に例証であって
本発明の態様を限定するものではないことは理解される
べきである。It will be apparent to those skilled in the art that many different modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, it is to be understood that the form of the present invention is illustrative only and is not limiting of aspects of the present invention.
【図1】図1は、本発明の絶縁膜を形成するために使用
されるプラズマCVD装置を図示した略示図である。FIG. 1 is a schematic view illustrating a plasma CVD apparatus used for forming an insulating film of the present invention.
【図2】図2は、材料ガスとしてPM-DMOSを使用した実
験における、比誘電率と反応ガスの総流量との間の関係
及び滞留時間と反応ガスの総流量との間の関係を示すグ
ラフである。FIG. 2 shows the relationship between the relative permittivity and the total flow rate of the reaction gas, and the relationship between the residence time and the total flow rate of the reaction gas in an experiment using PM-DMOS as a material gas. It is a graph.
【図3】図3は、材料ガスとしてPM-DMOSを使用した実
験における滞留時間と比誘電率との間の関係を示すグラ
フである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between residence time and relative permittivity in an experiment using PM-DMOS as a material gas.
【図4】図4は、熱脱離試験における本発明に従う膜(P
M-DMOS,DM-DMOS)からのCH4の脱離に起因する分子量16を
有する成分の熱脱離スペクトルを示すグラフである。FIG. 4 shows a membrane (P) according to the invention in a thermal desorption test.
4 is a graph showing a thermal desorption spectrum of a component having a molecular weight of 16 due to desorption of CH 4 from M-DMOS and DM-DMOS).
【図5】図5は、膜(PM-DMOS,DM-DMOS)から脱離した総
分子数に対応する真空度の変化、すなわち、熱脱離試験
における膜から脱離するガスに起因する圧力上昇を示す
グラフである。FIG. 5 is a diagram showing a change in a degree of vacuum corresponding to the total number of molecules desorbed from a film (PM-DMOS, DM-DMOS), that is, a pressure caused by a gas desorbed from a film in a thermal desorption test. It is a graph which shows a rise.
1 プラズマCVD装置 2 ヒータ 3 サセプタ 4 半導体基板 5 ガス入口ポート 6 反応チャンバ 7 流量制御器 8 制御バルブ 9 RF電源 10 ガス拡散板 11 排気ポート 12 反応ガス供給装置 13 ライン 14 ガス入口ポート 15 ガス入口ポート 16 ガス入口ポート 17 気化装置 18 液体反応材料 1 Plasma CVD device 2 Heater 3 Susceptor 4 Semiconductor substrate 5 Gas inlet port 6 Reaction chamber 7 Flow controller 8 Control valve 9 RF power supply 10 Gas diffusion plate 11 Exhaust port 12 Reactor gas supply device 13 Line 14 Gas inlet port 15 Gas inlet port 16 Gas inlet port 17 Vaporizer 18 Liquid reaction material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 AA06 BA62 BA64 BC05 BD01 CA12 5F045 AA08 AB32 AC07 AC11 AC16 AC17 AD08 AE21 BB16 DC63 DP03 EE03 EE14 EE17 EF05 EH14 EH19 5F058 AA01 AA10 AC03 AF02 AH02 BA07 BA20 BC02 BC04 BF07 BF27 BF29 BF37 BF39 BG01 BJ02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K029 AA06 BA62 BA64 BC05 BD01 CA12 5F045 AA08 AB32 AC07 AC11 AC16 AC17 AD08 AE21 BB16 DC63 DP03 EE03 EE14 EE17 EF05 EH14 EH19 5F058 AA01 AA10 AC03 AF02 AH02 BC07 BA07 BA07 BA20 BF37 BF39 BG01 BJ02
Claims (7)
コン重合体絶縁膜を形成するための方法であって、 半導体基板が配置されるところのプラズマCVD処理用反
応チャンバ内へ以下の化学式を有するシリコン系炭化水
素から成る材料ガスを導入する工程であって、 【化1】 ここでn及びmはあらゆる整数であり、R1からR7は炭化水
素であるところの工程と、 シリコン重合体膜の比誘電率が予め選択された値より低
くなるまで、反応チャンバ内の反応ガスの滞留時間を延
長するべく反応ガスの流量を制御することによって、半
導体基板上に低比誘電率を有するシリコン重合体膜を形
成するよう反応チャンバ内のプラズマ重合反応を活性化
する工程と、から成る方法。1. A method for forming a silicon polymer insulating film on a semiconductor substrate by plasma processing, comprising: forming a silicon-based insulating film having the following chemical formula into a reaction chamber for plasma CVD processing where a semiconductor substrate is disposed. A step of introducing a material gas composed of a hydrocarbon, the method comprising: Where n and m are any integers and where R1 through R7 are hydrocarbons and the reaction gas in the reaction chamber until the dielectric constant of the silicon polymer film is lower than a preselected value. Activating the plasma polymerization reaction in the reaction chamber to form a silicon polymer film having a low dielectric constant on the semiconductor substrate by controlling the flow rate of the reaction gas to extend the residence time. Method.
のn及びmは独立に1から3の整数である、ところの方法。2. The method according to claim 1, wherein n and m in the formula are independently integers from 1 to 3.
の各炭化水素は1から6個の炭素原子を有する、ところ
の方法。3. The method according to claim 1, wherein each hydrocarbon in the formula has from 1 to 6 carbon atoms.
は少なくともアルゴン(Ar)若しくはヘリウム(He)のいず
れかから成るキャリアガスを含む、ところの方法。4. The method according to claim 1, wherein the reaction gas comprises at least a carrier gas comprising either argon (Ar) or helium (He).
の流量はシリコン重合体膜の比誘電率を3.30以下にする
よう制御される、ところの方法。5. The method according to claim 1, wherein the flow rate of the reaction gas is controlled so that the relative permittivity of the silicon polymer film is 3.30 or less.
は(i)反応ガスの流量を減少させ、(ii)反応空間を拡大
し、または(iii)反応圧力を増加させることによって延
長される、ところの方法。6. The method of claim 1, wherein the residence time is reduced by (i) reducing the flow rate of the reaction gas, (ii) expanding the reaction space, or (iii) increasing the reaction pressure. The method of being extended.
程式で定義される反応ガスの滞留時間Rtが100msecに劣
らないところの方法であり、 Rt[s]=9.42×107(Pr・Ts/Ps・Tr)rw 2d/F ここで、Pr:反応チャンバ圧力(Pa) Ps:標準気圧(Pa) Tr:反応ガスの平均温度(K) Ts:標準温度(K) rw:シリコン基板の半径(m) d:シリコン基板と上部電極との間隔(m) F:反応ガスの総流量(sccm) である方法。7. The method according to claim 1, wherein the residence time Rt of the reaction gas defined by the following equation is not inferior to 100 msec: Rt [s] = 9.42 × 10 7 ( Pr · Ts / Ps · Tr) r w 2 d / F where Pr: reaction chamber pressure (Pa) Ps: standard pressure (Pa) Tr: average temperature of reaction gas (K) Ts: standard temperature (K) r w : radius of silicon substrate (m) d: distance between silicon substrate and upper electrode (m) F: total flow rate of reaction gas (sccm)
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